【理論化学】熱化学方程式はなぜ『=』・種々の反応熱・結合解離エネルギーを簡単に解説!高校化学選択をしている受験生や高校生は必見!

理論化学の解説(熱化学方程式はなぜ『=』・種々の反応熱・結合解離エネルギーとは)

この記事の読者層と記事作成の理由

化学科を卒業して予備校講師(模擬試験作成)をしていた予備校講師の休日です。化学を放置すると忘れていくので、備忘録代わりに受験生にも役立つ高校化学の情報をまとめておこうと思い、この記事を作成しました!できれば、勉強法のTwitter(こっちがメイン)もフォローしてもらえると嬉しい^^勉強関連やTOEIC関連でこうやったら勉強できるなど気づいたことをどんどんツイートしていますので!化学関連の解説記事一覧・目次はコチラから。

高校化学を選択している受験生や中間・期末で内容理解したい高校生を、また化学科の大学1年生を読者層だと考えて、Twitterで普段つぶやいている内容をより細かくこの記事で解説しております。受験生用にシス単の語源や覚えやすい連想できる話を記事にしましたのでこちらもどうぞ。シス単や英検2級やセンター試験に出てくる英単語の語源や関連する内容を見るだけで覚えられるようにまとめた単語力アップ保存版!【高校生・受験生必見!】

熱化学方程式はなぜ『→』ではなく『=』なのか

Twitterの原文ママ

熱化学方程式はなぜ『→』ではなく『=』なのか。当たり前ではありますが、N2+3H2=2NH3+92kJと書いたときのN2やH2やNH3は物質名ではなく、『それがもつエネルギー〔kJ〕』だからです。『方程式』なんですよ。だから『=』

解説コメント

化学反応式は反応物が生成物に変わる過程を表している式なので、『→』を使います。

熱化学方程式って方程式なんですよ。方程式は『=』でしょ?

AとBを反応させて、CとDができる。反応熱はQ〔kJ〕であるというときの熱化学方程式は次のように表します。

A+B=C+D+Q〔kJ〕

つまり、AやBやCやDというのは物質名じゃないんですね。Aがもつエネルギー○○〔kJ〕というのを『A』で表しているんです。各物質がもつ固有のエネルギー(〔kJ〕)のことですね。『=』で結んでいるんだから、AもBもCもDも単位はQと同じ『kJ』です。

様々な反応熱をマスター

Twitterの原文ママ

反応熱一覧のキーワードは1mol
📝生成熱:1mol生成するときの反応熱
📝燃焼熱:1mol燃焼したときの反応熱
📝溶解熱:1mol溶解したときの反応熱
📝中和熱:中和して1molの水が生成するときの反応熱

解説コメント

反応熱って一瞬ややこしそうですが、キーワードは1molです。内容は、Twitterの原文の通りですね!『生成熱は「単体から生成する」』という条件付きですが。スタート地点を間違えないようにね!

C+O2→CO2という化学反応式において、熱化学方程式は

C(黒鉛)+O2(気)=CO2(気)+394 kJ

となります。これは黒鉛の燃焼熱とも言えるし、二酸化炭素の生成熱とも言えるといった感じ。

CO(気)+1/2O2(気)=CO2(気)+283 kJ

これは、一酸化炭素の燃焼熱とは言えますが、二酸化炭素の生成熱とは言えません。だって、反応物が単体じゃないからね。生成熱を語る時は、反応物は「単体」じゃないとダメなんですよ。あと、燃焼熱は完全燃焼じゃないとだめ。C+1/2O2→COとかの熱化学方程式を書いてもダメだよ。

あと、状態が固体なのか液体なのか気体なのかはきちんと書いておく必要があります。25℃,1気圧条件下でどういう状態でいるかを考えて書けばOKだよ。

追加で、上記の2つの熱化学方程式だけど、単位がkJになっている。これはkJ/molでもOK!どっちでもいい。個人的にはkJで書くほうが何となくわかりやすくて好き。molって何をもってmolなのかと考えるのがしんどいので笑

ヘスの法則:反応熱は、反応の経路によらず、反応のはじめと終わりの状態で決まる法則。(おまけ。)

結合エネルギー・解離エネルギーとは

Twitterの原文ママ

結合エネルギーとは共有結合を切断するのに必要なエネルギーのこと。例えば、1molの水素分子を2molの水素原子にするのには432kJ必要なので、H2の結合エネルギーは432kJって感じ。

解説コメント

結合エネルギーは1molの水素分子を2molの水素原子にするのに必要なエネルギー。切断するエネルギーのことですね。

解離エネルギーも同じく、メタン1mol中のC-H結合を全て切断し、C原子1molとH原子1molにするのに必要なエネルギーのこと。

CH4(気)=C(気)+4H(気)–1644 kJ

なので、メタンの解離エネルギーは1644 kJとなる。C-H結合1molあたりの結合エネルギーは411 kJとなるわけ。

まとめると、解離エネルギーとは、ある分子1molをバラバラの原子状態にするのに必要なエネルギーのこと。だからメタンの解離エネルギーは1644 kJとなる。

一方、結合エネルギーというのは、ある1つの共有結合X-Xに注目して、そのX-Xの結合を切るために必要なエネルギーとなる。だから、メタンにおけるC-H結合1 molあたりの結合エネルギーはと聞かれると、411 kJとなる。

具体例を出すと、

ホルムアルデヒドHCHOにおけるH-C結合、H-O結合の結合エネルギーはそれぞれ、A 〔kJ〕, B 〔kJ〕といった感じ。で、解離エネルギーはと聞かれたら、A×2+B 〔kJ〕となる。これで理解できるかな?

(厳密に言うと、2 つのH-C結合の結合エネルギーは異なるので、同じA〔kJ〕では表すことはできない。)

H2OにおけるO-H結合の結合エネルギーも 1 個目は493.4 kJであるのに対し、2 個目は424.4 kJとなる。少し誤差が出る。高校化学においては、こういった代表的なO-H結合の結合エネルギーの平均値を取っていることが多い。(あんまり気にしなくていいよ!)大事なことは、結合エネルギーとは何か?解離エネルギーとは何か?を押さえておけば大丈夫。

おまけ:結合エネルギーは、ホモ開裂で語られる。ヘテロ開裂じゃないので!つまり、『X:Y』が『X・』と『Y・』の開裂になるために必要なエネルギーのことなので!

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です

ABOUTこの記事をかいた人

ニシジマ

ゆとり世代ど真ん中に爆誕。円周率は3だと信じて疑わない。大学卒業後,予備校で勤務しており,化学を担当。主な業務は,模擬試験作成と入試解説の執筆。大学時代の専攻は物理化学であるが,難解すぎて意味があまりわからない。